Our website uses cookies to manage some features and to show you news and announces in selected language. By clicking on OK button, you accept the use of cookies.

Логотип Российского квантового центра

Group of

Квантово-оптические интегральные микросхемы

Григорий Гольцман

Григорий Гольцман

Научный руководитель

Group publications

About the Group

Группа является мировым лидером в области создания и исследования сверхпроводниковых однофотонных детекторов (SNSPD) – ключевых элементов развития квантово-оптических технологий. Мы исследуем фундаментальные механизмы работы SNSPD, а также способы их интеграции в квантово-оптические микросхемы для прорывных масштабируемых вычислений на основе фотонов и ионов. В области интересов группы – полностью оптические нейроморфные вычислители на чипе, биосенсоры.

Григорий Гольцман

В рамках работы группы проводится изучение неравновесной сверхпроводимости. Группа исследует процессы, происходящие при поглощении фотона сверхпроводниковой наноструктурой, в результате которого образуется облако неравновесных квазичастиц («горячее пятно»). Исследуются различные сверхпроводящие материалы, а также изучается трансформация механизма детектирования фотонов в чистых и грязных сверхпроводниках.

Полученные группой результаты открывают путь к улучшению характеристик сверхпроводниковых детекторов, необходимых для создания полностью интегральных квантово-оптических микросхем и масштабируемых вычислителей на ионах и фотонах.

Разрабатываемые группой фотонные интегральные схемы перспективны не только в квантовых технологиях, но и способны значительно улучшить классические – в плане миниатюризации, быстродействия и энергопотребления.

Research Areas

Members

  • Вадим Ковалюк

    К.ф.-м.н., Ведущий научный сотрудник

  • Сергей Рябчун

    К.ф.-м.н., Старший научный сотрудник

  • Михаил Елезов

    Научный сотрудник

  • Павел Ан

    Научный сотрудник

  • Ксения Бакшеева

    Научный сотрудник

  • Анатолий Приходько

    К.т.н., Лаборант-исследователь

  • Илия Венедиктов

    Лаборант-исследователь

  • Селби Хыдырова

    Научный сотрудник

  • Елнуры Сулеймен

    Научный сотрудник

History

  • 2021

    • Группа «Квантово-оптические интегральные микросхемы» создана в рамках РКЦ.

    • Разработаны и изготовлены отдельные элементы полностью оптических нейроморфных вычислителей на чипе на основе фазопеременных материалов (GST225), выделены области размеров ячеек с доминированием поглощения и рассеяния.

  • 2022

    • Разработана и изготовлена четырёхканальная схема приёмника квантового распределения ключей (QKD) во временной области с разделением по длине волны.

    • Экспериментально исследован независимый от беспорядка характер времени рассеяния электронов на фононах в сверхтонких плёнках NbN.

    • Продемонстрированы чувствительные оптические биосенсоры на основе комбинации фотонных интегральных схем (ФИС) на нитрид-кремниевой платформе с микрофлюидикой для полностью оптических измерений на чипе.

    • Экспериментально установлено, что легирование оловом GST225 может быть использовано для оптимизации свойств тонких плёнок, в частности для снижения энергии переключения из аморфного в кристаллическое состояние и обратно.

  • 2023

    • Созданы неселективные интегрально-оптические датчики на основе спекл-спектрометра с микрофлюидными каналами, устойчивые к производственным несовершенствам. Изготовлены и исследованы метаповерхности из аморфного и кристаллического Ge₂Sb₂Te₅ в виде решёток с субмикронным периодом.

    • Изучена фотопроводимость плёнок Pb1-xSnₓTe:In в телекоммуникационном диапазоне длин волн, включая кинетику, чувствительность, динамический диапазон и эквивалентную мощность шума.

    • Проведены детальные измерения распространения сигнала внутри помещений на несущей частоте 156 ГГц, исследована динамика потерь на отражение и блокировку для создания перспективных сетей 6-го поколения.

    • Предложен простой способ создания гибридных фотонных интегральных схем с нанотрубками, выращенными на мембране аэрозольным способом.

    • Изготовлен макет поверхностной ионной ловушки на пять ионов, продемонстрирована возможность интеграции поверхностной ионной ловушки как с волоконным интерфейсом, так и со сверхпроводниковыми однофотонными детекторами.

    • Разработан и изготовлен макет модуля масштабируемого квантового компьютера в полностью интегральном исполнении (ММКК-1), который включает в себя направленный ответвитель с двумя сверхпроводниковыми однофотонными детекторами, обладающими эффективностью более 85%. Была предложена схема реализации сверхпроводникового детектора с разрешением числа фотонов в виде длинной линии.

    • Разработан и изготовлен макет модуля масштабируемого квантового компьютера в интегральном исполнении второго поколения (ММКК-2), который включает в себя интегрально-оптическую платформу, электронную схему управления и интегральный источник второго поколения.

  • 2024

    • Флуктуации сопротивления в сверхпроводящих плёнках

      Экспериментально исследованы характерные времена и пространственные масштабы флуктуаций сопротивления (R-флуктуаций) во время сверхпроводящего перехода в тонких эпитаксиальных плёнках TiN. Это помогает лучше понять природу шумов в сверхпроводниковых устройствах.

    • Высокочувствительный оптический датчик на чипе

      Показано, как, оптимизируя конструкцию фотонной интегральной схемы с микрофлюидными каналами, можно прямо на чипе определять полный комплексный показатель преломления жидкостей (и действительную, и мнимую части). Достигнутая чувствительность — 140 нм/RIU, а минимальный предел обнаружения порядка 10⁻⁶ RIU. Эти параметры сопоставимы с лучшими мировыми аналогами.

    • Лазерные периодические структуры в материалах с фазовой памятью

      В плёнках материала с фазовым переходом Ge₂Sb₂Te₅, интегрированных с волноводами из нитрида кремния, созданы и изучены лазерно-индуцированные периодические поверхностные структуры (LIPSS). Была показана возможность точно управлять их периодом и фактором заполнения, меняя режимы лазерного облучения. Определены условия, обеспечивающие обратимое и многоцикловое переключение устройств с разной ориентацией полосок. После 10 циклов перезаписи плотность дефектов LIPSS даже улучшилась.

    • Терагерцовая фазированная антенная решётка

      Продемонстрирован излучающий элемент в виде диэлектрического конуса для терагерцовой антенной решётки с фазированием. Экспериментально подтверждена сама концепция сканирования главным лепестком диаграммы направленности такой решётки.

    • Поверхностная ионная ловушка второго поколения

      Разработан и изготовлен макет поверхностной ионной ловушки нового поколения, которая объединяет в себе сверхпроводниковые однофотонные детекторы и интегрально-оптические структуры.

    • Модуль масштабируемого квантового компьютера

      Создан макет модуля масштабируемого квантового компьютера в интегральном исполнении третьего поколения. Он включает в себя интегрально-оптическую платформу, электронную схему управления и интегральный источник излучения.

  • 2025

    • Рекордная эффективность детекторов на ниобате лития

      Созданы сверхпроводниковые однофотонные детекторы из аморфного сплава MoRe прямо на подложке из тонкоплёночного ниобата лития. Их эффективность на длине волны 780 нм превышает 98%, что крайне важно для будущих квантовых оптических схем.

    • Оптический контроль заряда проточных батарей

      Предложен метод оценки степени заряженности (SoC) ванадиевых проточных редокс-батарей. Он основан на измерении показателя преломления электролита и последующем анализе данных с помощью машинного обучения. Это простой и точный способ мониторинга без сложных электрохимических измерений.

    • Гибкие плёнки теллурида свинца с управляемой проводимостью

      На аморфных подложках толщиной 100 мкм выращены поликристаллические плёнки PbTe p-типа. С помощью ионной имплантации цинка сформирован вертикальный p-n переход и выяснена природа инверсии типа проводимости с p на n: она оказалась связана с диффузией вакансий теллура из глубины плёнки.

    • Распознавание движений для 6G на частоте 156 ГГц

      Теоретически и экспериментально исследовано, как микроперемещения объектов влияют на отражение сигналов будущих систем 6G. Выяснилось, что даже по простым отражённым сигналам можно с точностью 97% отличить сценарии с медленной и быстрой микромобильностью.

    • Низковольтная ловушка для ионов кальция

      Разработана конструкция поверхностной ионной ловушки, которой для захвата частиц требуется всего 30 В вместо обычных 60 В. Снижение напряжения расширит рабочий диапазон и облегчит интеграцию ловушки с детекторами.

    • Детектор, различающий число фотонов

      Спроектирован сверхпроводниковый однофотонный детектор, способный не просто регистрировать свет, но и определять, сколько именно фотонов пришло одновременно. Это шаг к более сложным и масштабируемым квантовым измерениям.

Photos

Создание гибридных нанофотонно-микрофлюидных сенсоров для биомедицинских применений

Создание гибридных нанофотонно-микрофлюидных сенсоров для биомедицинских применений

1/6